(57)【要約】【課題】低消費電力で、信頼性の高いメモリー性を有する液晶表示装置を提供する。【解決手段】  光の色反射状態と光の透過状態の双安定性を有するコレステリック液晶を用いた表示装置で、コレステリック液晶に電界を印加して透過状態から色反射状態に遷移させ、かつ、コレステリック液晶に高周波振動を与えて色反射状態から透過状態に遷移させる構成とした。【選択図】図１
2010190949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の色反射状態と光の透過状態の双安定性を有するコレステリック液晶を用いた液晶表示装置において、
前記コレステリック液晶に電界を印加して前記透過状態から前記色反射状態に変化させるとともに、前記コレステリック液晶に高周波振動を与えて前記色反射状態から前記透過状態に変化させることにより表示動作を行う液晶表示装置。
【請求項２】
前記コレステリック液晶は、前記色反射状態がプレーナー配向の状態であり、前記透過状態がフォーカルコニック配向の状態である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記コレステリック液晶を含んだ液晶層を挟持する一対の基板と、
前記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層の上に、弾性表面波を発生させるために形成された第１電極と、
前記液晶層に電界を印加するために、前記一対の基板に設けられた第２電極と、を備えるとともに、
前記第１電極に高周波電圧を印加して前記液晶層を前記色反射状態から前記透過状態に遷移させ、前記第２電極に電圧を印加して前記液晶層を前記透過状態から前記色反射状態に遷移させることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の液晶層側の表面には、前記第２電極、前記圧電体層、前記第１電極が順に積層して形成されたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記一対の基板の少なくとも一方の基板の液晶層側の表面には、前記圧電体層、前記第１の電極、絶縁層、前記第２の電極が順に積層形成されたことを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記コレステリック液晶を含んだ液晶層を挟持する一対の基板を備えるとともに、
前記一対の基板の少なくとも一方の基板は圧電体基板であり、
前記圧電体基板の液晶層側の表面には、弾性表面波を発生させるための第１電極、絶縁層、第２電極が、順に積層して形成されており、
前記第１電極に高周波電圧を印加して前記液晶層を前記色反射状態から前記透過状態に変化させ、前記第２電極に電圧を印加して前記液晶層を前記透過状態から前記色反射状態に変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双安定性を有する液晶材料を用いて表示状態が記憶される液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の地球環境の保全、資源保全の観点から、電子機器の消費電力を低減する努力がされている。表示装置についても消費電力の低減化が検討されてきている。印刷物は、一旦印刷されれば、その印刷された表示は電力を消費しないで恒久的に維持される。しかし、電子機器に使用される表示装置は、固定表示を行う場合でも、その固定表示を維持するために電力を消費する。そこで、双安定性を有するコレステリック液晶を使用し、固定表示状態を電力消費無しで維持するメモリー特性を備えた液晶表示装置が研究されている。
【０００３】
図５は、コレステリック液晶の相変化と、これに伴う光学特性の変化を説明するための模式図である。液晶パネル５０は、一対のガラス基板５１、５２と、その間に挟持されるコレステリック液晶５３と、一対のガラス基板５１、５２の液晶側の内面に形成された透明電極５４、５５と、下側のガラス基板５２の外面に設置された光吸収膜５７を備えている。図５（ａ）は、コレステリック液晶のプレーナー配向状態を示し、（ｂ）は、コレステリック液晶のフォーカルコニック配向状態を示し、（ｃ）は、電源５６からコレステリック液晶に高電界を与えてホメオトロピック配向を誘起した状態を示す。
【０００４】
コレステリック液晶は、プレーナー配向とフォーカルコニック配向の２つの安定状態を有している。この２つの安定状態は、電圧無印加でもその状態を維持する。図５（ａ）に示すプレーナー配向は、液晶分子が基板表面の法線方向に所定のピッチを持って螺旋状に回転して配向している。この螺旋ピッチの大きさに応じて、入射光の特定の波長の光が反射され、その他の波長の光は透過する。従って、観察側（上側）からこの状態を見ると、反射光の波長の色が付いて見える。図５（ｂ）に示すフォーカルコニック配向は、液晶分子の螺旋軸がばらつきを持って概ね基板表面方向を向いている。フォーカルコニック配向では、入射光はわずかに散乱されて透過し、下側のガラス基板５２に設置された光吸収膜５７で吸収される。従って、観察側からこの状態を見ると、薄暗い白表示が見える。図５（ｃ）に示すホメオトロピック配向は、液晶分子の長軸方向が強い電界方向に強制的に揃った状態である。この状態では、入射光はほとんど散乱されないで光吸収膜５７に到達する。そのため、観察側からは黒く見える。ホメオトロピック配向は電界を除去するとその配向状態を維持することができず、プレーナー配向へ遷移する。
【０００５】
したがって、プレーナー配向とフォーカルコニック配向の２つの状態を切り替えることにより、薄暗い白表示の背景に着色表示、又は着色背景に薄暗い白表示が実現でき、しかもこの状態を電力供給なしで維持することができる。また、背景色として黒以外の色を使用すれば、色付表示装置を得ることができる。プレーナー配向からフォーカルコニック配向への遷移は、コレステリック液晶に所定の電界を印加して行う。しかし、この遷移は数１００ｍｓｅｃ以上の比較的長い時間を要する。そこで、プレーナー配向からフォーカルコニック配向へ遷移させる種々の方法が提案されている。
【０００６】
特許文献１には、コレステリック液晶層の背面に光導電体層を形成し、更にその背面に露光装置を設置した液晶表示デバイスが記載されている。コレステリック液晶層と光導電体層とは、一対の電極により挟まれている。露光装置として、レーザー光や発光ダイオードアレイからなる表示装置を使用している。一対の電極に、プレーナー配向からフォーカルコニック配向へ遷移させる遷移電圧を印加しておき、背面の露光装置から画像光を照射する。この画像光が照射された領域の光導電体層の抵抗が減少し、液晶層に遷移電圧が印加される。これにより、コレステリック液晶層をプレーナー配向からフォーカルコニック配向へ遷移し、照射した画像を記憶する、というものである。
【０００７】
非特許文献１では、コレステリック液晶にアゾベンゼンを含むカイラル剤を混入し、光照射により書き込みを行うメモリー性液晶表示装置が提案されている。図６はＵＶ光照射により発現するネジレ現象を表している。分子構造が、棒状のｔｒａｎｓ−ｔｒａｎｓのアゾベンゼン（図６（ａ））にＵＶ光を照射すると、Ｕ字状のｔｒａｎｓ−ｃｉｓ（図６（ｂ））に変形し、更にＵＶ光を照射するとネジレ構造のｃｉｓ−ｃｉｓ（図６（ｃ））に変形する。可視光を照射することによりネジレ変形が元の形状に戻る。このアゾベンゼンをコレステリック液晶に混入する。コレステリック液晶をプレーナー配向させてＵＶ光を照射する。すると、アゾベンゼンがネジレ変形をおこし、コレステリック液晶はプレーナー配向からフォーカルコニック配向へ遷移する。次に、コレステリック液晶に可視光を照射し、高電圧を印加して、アゾベンゼンの形状を元に戻し、ホメオトロピック配向からプレーナー配向へ遷移させる。このようにして、プレーナー配向とフォーカルコニック配向とを遷移させて、書き込み、消去の動作を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１７４６１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｆｏｒ  Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ  ２００８，講演番号６０．２、ｐｐ９２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載の表示装置では、光導電体層は、電荷発生層の上下を電荷輸送層により挟み込む３層構造を備え、露光手段は、表示装置と同様の構造を備えている。そのために、構造が極めて複雑であり、コスト高となることは避けられない。また、書き込まれた画像を記憶して維持するための電力は必要がないが、画像を書き込むために光を照射する必要がある。そのために消費電力が大きい。
【００１１】
また、非特許文献１に記載される表示方法では、画像の書き込みためにコレステリック液晶層に紫外光を照射する必要があり、紫外光により液晶の分解が促進されるので、信頼性が低下する恐れがある。更に、フォーカルコニック配向からプレーナー配向へ遷移させるのに、液晶層に可視光を照射しながら高電圧を印加しなければならないので、やはり消費電力が大きくなる、という課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による液晶表示装置では、コレステリック液晶に電界を印加して透過状態から色反射状態に変化させ、コレステリック液晶に高周波振動を与えて色反射状態から透過状態に戻すことにより表示動作を実現している。
【００１３】
ここで、色反射状態がプレーナー配向の状態であり、透過状態がフォーカルコニック配向の状態であるコレステリック液晶を用いることとした。
【００１４】
さらに、コレステリック液晶を含んだ液晶層を挟持する一対の基板を備えており、上述の表示動作を実現するために、一対の基板の少なくとも一方の基板に圧電体層を設け、圧電体層の上に弾性表面波を発生させるための第１電極を形成した。さらに、液晶層に電界を印加するために、一対の基板に第２電極を設けることとした。これにより、第１電極に高周波電圧を印加して液晶層を色反射状態から透過状態に遷移させ、第２電極に電圧を印加して液晶層を透過状態から色反射状態に遷移させることが可能になり、表示動作が実現できる。
【００１５】
ここで、一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の液晶側表面に、第２電極、圧電体層、第１電極を順に積層して形成することとした。あるいは、一対の基板のうち、少なくとも一方の基板の液晶側表面に、圧電体層、第１電極、絶縁層、第２電極を順に積層して形成してもよい。
【００１６】
また、一対の基板の少なくとも一方を圧電体で形成し、この圧電体基板の液晶側の表面には、弾性表面波を発生させるための第１電極、絶縁層、第２電極を順に積層して形成してもよい。このような構成により、第１電極に高周波電圧を印加して液晶層を色反射状態から透過状態に変化させ、第２電極に電圧を印加して液晶層を透過状態から色反射状態に変化させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による液晶表示装置は、光の色反射状態と光の透過状態の双安定性を有するコレステリック液晶を用いており、このコレステリック液晶に電界を印加して透過状態から色反射状態に遷移させ、かつ、コレステリック液晶に高周波振動を与えて色反射状態から透過状態に遷移させる構成とした。これにより、液晶表示装置への画像の書き込みを低消費電力で行うことができるとともに、書き込まれた画像を電力消費なしで維持することができる。更に、画像の書き込みために紫外光を照射する必要がないので、液晶の信頼性を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施例に係る液晶表示装置を説明するための模式図である。
【図２】本発明の他の実施例に係る液晶表示装置を説明するための模式図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る液晶表示装置を模式的に示す断面図である。
【図５】コレステリック液晶の相変化と光学特性を説明するための図である。
【図６】アゾベンゼンのＵＶ光照射による形状変化を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の液晶表示装置は、光の色反射状態と光の透過状態の双安定性を有するコレステリック液晶に電界を印加して透過状態から色反射状態へ遷移させ、更に、コレステリック液晶に高周波振動を与えて色反射状態から透過状態へ遷移させる。これにより、短時間で表示状態を切り替えることができるとともに、低消費電力で、信頼性の高い液晶表示装置を構成することができる。以下、実施例に基づいて、具体的に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本実施例に係る液晶表示装置１の構成を説明するための模式図である。図１（ａ）は、液晶表示装置１の模式的な縦断面図であり、（ｂ）は、一方の基板の液晶側表面の模式的な部分斜視図であり、（ｃ）〜（ｅ）は、液晶層の配向状態を表す模式図であり、（ｃ）がプレーナー配向、(ｂ)がフォーカルコニック配向、（ｅ）がホメオトロピック配向を表している。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、液晶表示装置１は、一対の基板である透光性の上基板２ａと下基板２ｂがシール部７を介して間隙を設けて貼り合わされている。その間隙にはコレステリック液晶が充填され、液晶層６が構成されている。上基板２ａの液晶層６側の表面には、透光性の上第２電極３ａが形成され、その上に上圧電体層４ａが積層して形成され、その上に上第１電極５ａが形成されている。下基板２ｂの液晶層６側の表面には、下第２電極３ｂが形成され、その上に下圧電体層４ｂが積層して形成され、その上に下第１電極５ｂが積層して形成されている。下基板２ｂの液晶層６とは反対側の裏面には光吸収層１０が貼り付けられている。上第２電極３ａと下第２電極３ｂはそれぞれ引き出し配線を介して、リセット電源Ｄ２にスイッチＳＷ２を介して電気的に接続されている。上第１電極５ａと下第１電極５ｂは夫々引き出し配線を介して、高周波電源Ｄ１にスイッチＳＷ１を介して電気的に接続されている。
【００２２】
図１（ｂ）は、下基板２ｂの液晶層６側表面の一部分の様子を表している。対向する上基板２ａの液晶層６側表面も同様に構成されている。下基板２ｂの表面に形成される下第２電極３ｂは、下基板２ｂの表示領域の全面に渡って形成されている。上基板２ａの表面に形成される上第２電極３ａも、上基板２ａの表示領域の全面に渡って形成されている。
【００２３】
更に、下圧電体層４ｂの表面には２つの画素Ａｒ１、Ａｒ２が形成されている。夫々の画素は、２つの電極５ｘ、５ｙが互いに櫛歯をかみ合わせたように形成されている。２つの電極５ｘ、５ｙに高周波電圧が印加されると、電極間の圧電体層の表面は高周波に同期して歪み、液晶層６に高周波振動が伝達される。電極間に周期的な振動が発生したとき、弾性表面波が励起される。この高周波振動が、コレステリック液層をプレーナー配向からフォーカルコニック配向に遷移させる。画素Ａｒ１、Ａｒ２の領域に選択的に高周波電圧を印加すれば、コレステリック液晶を選択的に遷移させることができる。
【００２４】
図１（ｃ）〜（ｅ）を参照して液晶表示装置１の駆動原理を説明する。スイッチＳＷ２をオンして、リセット電源Ｄ２から上第２電極３ａと下第２電極３ｂの間に高電圧を与える。すると、液晶層６は図１（ｅ）に示したホメオトロピック配向に変化する。次にスイッチＳＷ２をオフする。これにより、液晶層６は図１（ｃ）に示したプレーナー配向に遷移する。プレーナー配向の状態では、入射した光のうち、特定の選択波長の光を反射する（選択反射色）。その結果、液晶表示装置１の表示領域は、全面に渡って選択反射色に着色される。
【００２５】
次に、スイッチＳＷ１をオンして、高周波電源Ｄ１から上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂに高周波電圧を与える。すると、上圧電体層４ａ及び下圧電体層４ｂの電極が形成された領域の表面には高周波の歪が発生し、液晶層６に高周波振動が伝達される。特に、誘電体層に弾性表面波が誘起されるとき、歪の振幅が最大となる。液晶層６に高周波振動が伝達されると、液晶層６はプレーナー配向からフォーカルコニック配向に遷移する。遷移した領域は入射光が観察側にわずかに散乱されて透過する（以下、この状態を透過状態という）。従って、観察側から見たとき下基板２ｂの裏面側が観察されることになる。下基板２ｂの裏面には光吸収層１０が設置されているので黒色が観察される。その結果、着色された背景に薄暗い白色が表示されることになる。光吸収層１０が、プレーナー配向の選択反射色と異なる色を散乱し、その他の色を吸収する場合は、この異なる色を観察することになる。なお、スイッチＳＷ１をオフにして高周波電圧の供給を停止してもフォーカルコニック配向の状態は維持される。
【００２６】
次に、スイッチＳＷ２をオンして、上第２電極３ａと下第２電極３ｂの間にリセット電源Ｄ２からのリセット電圧を印加し、次に開放する。これにより、液晶層６は初期状態のプレーナー配向にリセットされ、表示領域の全面が選択反射色に着色される。
【００２７】
このように、本発明による液晶表示装置１は、画像形成用の露光手段を必要としないので構成が簡素である。また、液晶層６に紫外光を照射する必要がないので、液晶が劣化したり分解したりすることがない。また、プレーナー配向からフォーカルコニックへ高周波振動により遷移させるので、遷移時間を短縮することができる。更に、表示状態を電力消費無しで維持することができる。
【００２８】
上基板２ａと下基板２ｂは、ガラスなどの透明無機材料やプラスチック等の樹脂材料を使用することができる。上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂはＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、酸化スズ、酸化亜鉛等の透光性の導電材料をスパッタリング法や蒸着法により形成することができる。
【００２９】
上圧電体層４ａ及び下圧電体層４ｂは、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）層、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）層、水晶層、或いはＺｎＯ膜を使用することができる。圧電体層は、単結晶のバルクから切り出して基板表面に接合して形成することができる。また、基板表面に圧電体層をエピタキシャル成長させて形成することもできる。また、圧電体材料をスパッタリング等により基板表面に堆積させて形成することができる。上第２電極３ａ及び下第２電極３ｂには、第１電極と同様に透明導電材料を用いてもよい。
【００３０】
あるいは、上第１電極５ａや下第１電極５ｂを、スパッタリング法や蒸着法により堆積した金属薄膜を、フォトプロセス及びエッチング工程により櫛歯状にパターニングして形成してもよい。櫛歯状の上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂの電極５ｘと５ｙの間隔は、数μｍから数十μｍとすることが好ましい。この間隔は、圧電体層に使用する材料、電気機械結合係数、駆動周波数等により決定される。圧電体層の表面に与える高周波は、数１００ＫＨｚ〜数ＧＨｚとする。圧電体層の表面に誘起させる弾性表面波の波長は、数μｍ〜数十μｍとするのが好ましい。
【００３１】
コレステリック液晶は、ネマテック液晶にカイラル材を添加した液晶を使用することができる。カイラル材として、コレステリック環を有するコレステリック液晶やネジレを誘起する材料を使用することができる。カイラル材の添加量を変えることにより、液晶分子８の螺旋ピッチを変えることができる。この螺旋ピッチを変えることにより、選択反射色を調整することができる。液晶層６の厚さ、即ち上基板２ａと下基板２ｂの間隙は、数μｍから数１００μｍとすればよい。光吸収層１０は、カーボンブラックを含有したインキや高分子膜を使用することができる。光吸収層１０として、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を散乱する着色層とすることができる。
【００３２】
なお、実施例１の駆動において、スイッチＳＷ２をオンして上第２電極３ａと下第２電極３ｂにリセット電圧を印加するが、このリセット電圧を印加する際に、上第１電極５ａと下第１電極５ｂは互いに電気的に分離しているフローティング状態としておくことが望ましい。フローティング状態とすることにより、上第１電極５ａと下第１電極５ｂの上に位置する液晶層６に対して、他の領域の液晶層６と同じリセット電圧を印加することができる。これにより、上第１電極５ａと下第１電極５ｂの上の領域の液晶層６をプレーナー配向に遷移させることができる。
【００３３】
また、下第１電極５ｂ（又は上第１電極５ａ）の櫛歯電極により構成される画素Ａｒ１又は画素Ａｒ２の形状は、表示すべき形状に変形することができる。例えば、数字を表示する場合には、７セグメントを構成し、各セグメントに櫛歯状電極を構成すればよい。
【００３４】
また、本実施例１では、上基板２ａの液晶層６側表面に上圧電体層４ａを、下基板２ｂの液晶層６側表面に下圧電体層４ｂを形成したが、これに代えて、上圧電体層４ａのみ、或いは下圧電体層４ｂのみ形成してもよい。一方の基板表面に誘起した高周波振動が、液晶層６の厚さ方向に伝播し、液晶層６の厚さ方向の大部分の領域がフォーカルコニック配向に遷移する場合には、一方の基板表面のみに圧電体層を形成すればよい。これにより、上第２電極３ａ及び下第２電極３ｂ間にリセット電圧を印加してプレーナー配向に遷移させる際に、圧電体層が１層減少するので、その分リセット電圧を低減することができる。また、上圧電体層４ａを除去すれば、上圧電体層４ａによる光の吸収や反射損が減少するので、表示の視認性を向上させることができる。
【実施例２】
【００３５】
図２は、本実施例２に係る液晶表示装置１の構成を説明するための模式図である。図２（ａ）は、液晶表示装置１の模式的な縦断面図であり、（ｂ）は一方の基板の液晶側表面の模式的は部分斜視図である。実施例１と異なる点は、上第２電極３ａと下第２電極３ｂの夫々が、電極３ａｘ、３ａｙのように、また、電極３ｂｘ、３ｂｙのように分離して形成されていることと、上第１電極５ａと下第１電極５ｂが、表示面の全面に渡って形成されていることである。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、上基板２ａの液晶層６側の表面には透光性の上第２電極３ａが、下基板２ｂの液晶層６側の表面には下第２電極３ｂが形成されている。上第２電極３ａは電極３ａｘと電極３ａｙに分離し、下第２電極３ｂは電極３ｂｘと電極３ｂｙに分離している。上基板２ａの電極３ａｘと電極３ａｙは、下基板２ｂの電極３ｂｘと電極３ｂｙと夫々対向している。上圧電体層４ａの液晶層６側の表面には表示領域の全面に渡って上第１電極５ａが形成され、同様に、下圧電体層４ｂの液晶層６側の表面には表示領域の全面に渡って下第１電極５ｂが形成されている。上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂの夫々は、櫛歯状電極が噛み合わされた形状を有している。
【００３７】
図２（ｂ）は、下基板２ｂの液晶層６側表面の一部の様子を表している。対向する上基板２ａの液晶層６側表面も同様に構成されている。画素Ａｒ１及び画素Ａｒ２は、下第２電極３ｂと上第２電極３ａが重なる領域により区画される。具体的には、画素Ａｒ１は、下第２電極の電極３ｂｘと上第２電極の電極３ａｘが重なる領域であり、画素Ａｒ２は、下第２電極の電極３ｂｙと上第２電極の電極３ａｙが重なる領域である。
【００３８】
次に、駆動方法を説明する。まず、スイッチＳＷ１をオンして、高周波電源Ｄ１から上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂに高周波電圧を印加する。すると、上圧電体層４ａと下圧電体層４ｂの表示領域の全面に高周波の歪が発生し、液晶層６に高周波振動が伝達される。これにより、液晶層６はフォーカルコニック配向に遷移する。スイッチＳＷ１をオフしてもフォーカルコニック配向は維持される。フォーカルコニック配向では、入射した光はわずかに散乱されて透過する。従って、観察側から見たとき下基板２ｂの裏面に貼り付けられた光吸収層１０を見ることになり、薄暗い白表示が観察される。
【００３９】
次に、スイッチＳＷ２をオンすると、液晶層６にリセット電源Ｄ２から高電圧が供給され、上第２電極の電極３ａｘと下第２電極の電極３ｂｘの間の画素Ａｒ１と、電極３ａｙと電極３ｂｙの間の画素Ａｒ２に高電圧が印加される。すると、液晶層６はホメオトロピック配向に遷移する。次に、スイッチＳＷ２をオフして、上第２電極３ａと下第２電極３ｂを短絡する。これにより、画素Ａｒ１、Ａｒ２の領域の液晶層６はプレーナー配向へ遷移する。プレーナー配向では、入射した光のうち特定の波長の光、即ち選択反射色が反射される。その結果、液晶表示装置１の表示領域には、黒の背景に対して選択反射色の画素が表示される。
【００４０】
なお、実施例２では、上基板２ａと下基板２ｂの両方の液晶層６側表面に上圧電体層４ａと下圧電体層４ｂを形成したが、これに代えて、上圧電体層４ａのみ、或いは下圧電体層４ｂのみとすることができる。一方の基板表面に誘起した高周波振動が、液晶層６の厚さ方向に伝播し、液晶層６の厚さ方向の大部分の領域がフォーカルコニック配向に遷移する場合には、一方の基板表面のみに圧電体層を形成すればよいからである。この場合はリセット電圧を低減することができる。また、上圧電体層４ａを除去すれば、上圧電体層４ａによる光の吸収や反射損が減少するので、表示の視認性を向上させることができる。
【００４１】
また、実施例１及び実施例２において、上基板２ａの上第１電極５ａを構成する櫛歯状電極と、下基板２ｂの下第１電極５ｂを構成する櫛歯状電極とを、基板表面の法線方向に対して重なるように形成するのが好ましい。上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂを金属膜により形成する場合に、観察側から見えるこの金属膜の総面積を減少させて、選択反射色や黒色の均一性を向上させることができるからである。
【００４２】
また、上第２電極３ａと下第２電極３ｂの間にリセット電圧を印加して液晶層６をプレーナー配向へ遷移させる場合に、上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂの領域の液晶層６に印加されるリセット電圧と、上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂが形成されていない領域の液晶層６に印加されるリセット電圧とが相違する場合がある。この場合でも、上第１電極５ａと下第１電極５ｂを法線方向に対して重なるように形成しておけば、この上第１電極５ａと下第１電極５ｂとの間に第２リセット電圧を印加して、液晶層６の表示領域全面にわたって、均一なプレーナー配向を得ることができる。特に、上第１電極５ａと下第１電極５ｂとを透光性の電極とした場合に有効である。
【実施例３】
【００４３】
図３は、本実施例３に係る液晶表示装置１の模式的な縦断面図である。一対の基板である上基板２ａと下基板２ｂがシール部７を介して間隙を設けて貼り合わされている。その間隙にはコレステリック液晶が充填され、液晶層６が構成されている。上基板２ａの液晶層６側の表面には、上圧電体層４ａが形成されている。上圧電体層４ａの液晶層６側の表面には上第１電極５ａが形成されている。上圧電体層４ａ及び上第１電極５ａの上には上絶縁層９ａが形成され、その上に、上第２電極３ａが積層して形成されている。下基板２ｂの液晶層６側の表面には、下圧電体層４ｂが形成されている。上圧電体層４ａの液晶層６側の表面には下第１電極５ｂが形成されている。下圧電体層４ｂ及び下第１電極５ｂの上には下絶縁層９ｂが形成され、その上に、下第２電極３ｂが積層して形成されている。下基板２ｂの裏面には光吸収層１０が形成されている。
【００４４】
ここで、上第１電極５ａと下第１電極５ｂは、図１（ｂ）に示すように、櫛歯をかみ合わせたように形成され、画素を構成している。上第１電極５ａ及び下第１電極５ｂを構成する櫛歯状電極の隣接する電極間に高周波電圧を印加すると、電極間の圧電体層に高周波の歪が発生し、高周波振動として液晶層６に伝達される。電極間に周期的な歪が発生したとき、圧電体層の表面に弾性表面波が励起され、大きな振幅を得ることができる。
【００４５】
上絶縁層９ａは、上第１電極５ａと上第２電極３ａとを電気的に分離するために設けている。下絶縁層９ｂも同様である。絶縁層は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜をスパッタリング法やＣＶＤ法により堆積して形成することができる。その他、上基板２ａ、下基板２ｂ、上第１電極５ａ、下第１電極５ｂ、上第２電極３ａ、下第２電極３ｂ、上圧電体層４ａ、下圧電体層４ｂ、液晶層６、光吸収層１０等の材料や構成については、実施例１において説明したと同様なので、説明を省略する。
【００４６】
次に、駆動方法を説明する。まず、スイッチＳＷ２をオンして、リセット電源Ｄ２から上第２電極３ａと下第２電極３ｂとの間にリセット電圧を与える。すると、液晶層６はホメオトロピック配向に遷移する。次に、スイッチＳＷ２をオフして、上第２電極３ａと下第２電極３ｂとを開放する。これにより、液晶層６はプレーナー配向に遷移する。その結果、入射した光のうち、特定の選択反射色が反射され、表示面全面が着色状態となる。
【００４７】
次に、スイッチＳＷ１をオンして、高周波電源Ｄ１から上第１電極５ａと下第１電極５ｂに高周波電圧を与える。これにより、液晶層６はプレーナー配向からフォーカルコニック配向に遷移する。遷移した領域は入射光が観察側にわずかに散乱されて透過する。従って、下基板２ｂの裏面に貼り付けられた光吸収層１０の黒色が観察され、着色された背景に薄暗い白色が表示されることになる。次に、スイッチＳＷ２をオンして液晶層６にリセット電圧を印加してホメオトロピック配向に遷移させ、スイッチＳＷ２をオフして上第２電極３ａと下第２電極３ｂとを短絡し、プレーナー配向に遷移させて、黒色表示を消去することができる。
【００４８】
なお、本実施例３では、上第１電極５ａと下第１電極５ｂにより画素を構成し、上第２電極３ａを上絶縁層９ａの表示領域全面に、下第２電極３ｂを下絶縁層９ｂの表示領域全面に形成した。これに代えて、実施例２で説明したように、上第１電極５ａを上圧電体層４ａの表示領域全面に、下第２電極３ｂを下圧電体層４ｂの表示領域全面に形成し、上第２電極３ａと下第２電極３ｂにより画素を構成することができる。この場合は、液晶層６をフォーカルコニック配向にした黒色背景に、液晶層６をプレーナー配向にした選択反射色の画素を表示する。
【００４９】
このように、画像形成用の露光手段を必要としないので構成が簡素である。また、液晶層６に紫外光を照射する必要がないので、液晶が劣化したり分解したりすることがない。また、液晶層６に高周波振動を与えることによりプレーナー配向からフォーカルコニックへ短時間で遷移させることができる。更に、表示状態を電力消費無しで維持することができる。また、上第２電極３ａと下第２電極３ｂの間に上圧電体層４ａや下圧電体層４ｂが存在しないので、リセット電圧を低減することができる。
【００５０】
ここで、フォーカルコニック配向の領域は上第１電極５ａと下第１電極５ｂの領域である。上第１電極５ａや下第１電極５ｂのパターンを記号や文字とすれば、その記号や文字を表示したり消去したりすることができる。また、一方の基板表面に誘起した高周波振動が、液晶層６の厚さ方向に伝播し、液晶層６の厚さ方向の大部分の領域がフォーカルコニック配向に遷移する場合には、一方の基板表面のみに圧電体層を形成すればよい。
【実施例４】
【００５１】
図４は、本実施例４に係る液晶表示装置１の模式的な縦断面図である。実施例３と異なる点は、上基板２ａ’及び下基板２ｂ’を圧電体により構成した点であり、その他の構成は実施例４と同様なので、説明を省略する。
【００５２】
ここでは、上基板２ａ’及び下基板２ｂ’には圧電体を用いている。圧電体として、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、水晶などの単結晶基板が例示できる。これらの単結晶基板は可視光領域で透明なので、上基板２ａ’に適用することができる。圧電体の厚さが厚いので、薄膜の圧電体よりも電気機械結合係数が大きくなる。それ故、駆動電圧をより低減することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  液晶表示装置
２ａ  上基板、２ｂ  下基板
３ａ  上第２電極、３ｂ  下第２電極
４ａ  上圧電体層、４ｂ  下圧電体層
５ａ  上第１電極、５ｂ  下第１電極
６  液晶層
７  シール部
８  液晶分子
９ａ  上絶縁層、９ｂ  下絶縁層
１０  光吸収層
【図１】
2010190949.tif 000003
【図２】
2010190949.tif 000004
【図３】
2010190949.tif 000005
【図４】
2010190949.tif 000006
【図５】
2010190949.tif 000007
【図６】
2010190949.tif 000008